La demande de consommation d'énergie, disponibilité limitée de combustibles fossiles, et la pollution causée par l'industrie de la production d'énergie mettent les scientifiques au défi de trouver de nouvelles, plus rentable, et des solutions plus vertes pour produire de l'électricité. La plupart des sources d'énergie actuelles sont loin d'être respectueuses de l'environnement. Dans ce contexte, génération assistée électrochimiquement de produits chimiques, à première vue, ne serait pas soupçonné d'avoir un énorme potentiel à appliquer dans ce secteur.

L'un des composés prometteurs est une molécule sans carbone de peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ), ayant de fortes propriétés oxydantes et blanchissantes. La plupart d'entre nous se souviennent que 3-6% H 2 O 2 a été utilisé pour des applications antiseptiques :Désinfection de la peau pour prévenir l'infection en cas de coupures mineures. Cependant, comme agent oxydant, le peroxyde d'hydrogène est largement appliqué dans la pâte, papier, et industries textiles; il est également utilisé pour désodoriser, par exemple. en remplacement du chlore dans le traitement des eaux usées et de l'eau potable.

Malgré sa popularité et sa disponibilité, l'utilisation de H 2 O 2 solutions de traitement des plaies de pointe n'est plus recommandée. Cependant, le peroxyde d'hydrogène est utilisé comme propulseur dans les fusées à combustible liquide, satellite, et même des torpilles. Il peut également être appliqué comme carburant ou comburant dans les piles à combustible, bien que sa production soit loin d'être durable et verte. D'habitude, la production de ce composé nécessite l'utilisation de produits chimiques dangereux, faire une synthèse à l'échelle industrielle de H 2 O 2 un défi mondial. Ainsi, de nouvelles solutions pour sa génération sont nécessaires.

Récemment, scientifiques de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences dirigé par le prof. Marcin Opallo, en collaboration avec le prof. Hubert H. Girault de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ont rapporté des études détaillées sur la génération de peroxyde d'hydrogène via une réaction de réduction de l'oxygène (ORR) à la frontière entre deux liquides, comme l'interface eau-huile. Le premier est une solution acide aqueuse, et le second est un solvant non miscible à l'eau constitué uniquement d'ions :Un liquide ionique dit à température ambiante. Dans leur rapport, qui est une partie importante du doctorat. Thèse de son premier auteur, dr. Justyna Kalisz, ils ont comparé leurs données avec les résultats obtenus à l'interface formée par des solvants moléculaires ayant typiquement une viscosité beaucoup plus faible.

Les chercheurs ont souligné que l'effet solvant qui peut aider à comprendre le mécanisme de H 2 O 2 génération. Comparant les données pour les interfaces huile-eau formées par treize liquides ioniques et solvants moléculaires avec une viscosité différant de trois ordres de grandeur, ils ont conclu que ce n'est pas le transport des réactifs mais la cinétique ORR qui contrôle l'efficacité de H 2 O 2 génération. Ils ont également constaté que le transfert d'ions interfacial accompagnant le transfert d'électrons du donneur dissous dans la phase huileuse est différent pour les liquides ioniques et les solvants moléculaires.

"Dans ce travail, nous avons démontré que le type de liquide ionique affecte le taux d'O 2 réduction à H 2 O 2 à l'interface huile-eau, constatant que H 2 O 2 la génération est plus efficace lorsque le liquide ionique est constitué de cations moins hydrophobes, " affirme le Pr Opallo.

Il ajoute, "Nous avons également démontré que l'application d'une pâte préparée à partir de poudre de carbone et de liquide ionique en tant que phase huileuse permet la régénération électrochimique du donneur d'électrons pour augmenter l'efficacité de la réaction interfaciale."

La génération de peroxyde d'hydrogène a été étudiée par microscopie électrochimique à balayage (SECM). Cette technique permet de déterminer localement la concentration du produit électroactif de la réaction interfaciale, ici H 2 O 2 . Une électrode (d'un diamètre mesuré en dizaines de micromètres) s'approche lentement de l'interface, et le courant correspondant au processus d'oxydation à la pointe de la sonde SECM est enregistré. L'efficacité de la réaction est estimée à partir de la dépendance du courant à la distance de l'interface liquide-liquide en fonction du temps.

Remarques du professeur Opallo, « Sur la base des données SECM, nous avons trouvé que le processus net est contrôlé par la cinétique de la réaction de réduction de l'oxygène. Remarquablement, la viscosité élevée des liquides ioniques permet l'application d'une pâte (préparée à partir de poudre de carbone et de liquide ionique) comme phase huileuse pour la régénération électrochimique du donneur d'électrons, pour augmenter l'efficacité de la réaction interfaciale. A cet égard, le système étudié peut être considéré comme un exemple de catalyse redox homogène."

L'étude rapportée dans le ChemPhysChem journal révèle la complexité des réactions à l'interface liquide-liquide. Contrairement à l'interface électrode-solution, l'interface recherchée est auto-cicatrisante et difficile à contaminer. Son application pour la génération de produits chimiques en est encore à ses balbutiements, mais il peut avoir un avenir prometteur. Outre le peroxyde d'hydrogène, génération d'hydrogène, principalement alimenté par la lumière, est un autre exemple. Cependant, c'est une autre histoire.